中国在太空进行金属3D打印首次测试

中国成功完成世界首次太空金属3D打印

天舟货运飞船上的实验证实了激光送丝打印在微重力下的稳定性。未来，这将允许直接在轨道上生产备件和修复结构，无需等待从地球运送。

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中国成功完成世界首次太空金属3D打印：“太空车间”如何改变游戏规则

引言

2026年4月底，中国宣布了一项技术突破，其意义远超又一个太空纪录。在天舟货运飞船上，世界首次成功演示了轨道微重力条件下的金属3D打印技术。中国科学院力学研究所与中国科学院微小卫星创新研究院合作进行了一项实验，证明激光送丝打印能在失重状态下稳定运行，为直接在轨道上生产和修复太空结构打开了大门。这一事件标志着从“自带一切”的范式向“按需生产”的全新模式转变。

事件详情与时间线

实验在天舟货运飞船上进行，该飞船于2026年3月30日首飞。官方宣布实验成功完成的消息于4月29日由《科技日报》和新华社等中国主要科学刊物发布。

实验的技术方案与早期测试不同：2026年1月，中国科学家在“力虹一号”亚轨道飞行器上进行了仅持续几分钟的金属3D打印；而天舟则是该技术在完整轨道飞行条件下的首次演示。区别是根本性的：亚轨道轨迹仅提供短时间微重力，而轨道则允许接近实际生产任务的长时间自主循环。

安装在飞船上的设备完全自主运行，执行地面控制中心的指令。采用的技术是激光送丝工艺，其中金属丝被送入高功率激光区域，熔化后逐层形成所需零件。

实验期间，依次验证了以下关键参数：失重下金属沉积的稳定性和均匀性、多次远程启停循环的可靠性、打印设备与飞船平台的兼容性、操作的完全自动化，以及遥测数据和图像向地球的正确传输。

研究团队强调，该技术面临一系列前所未有的物理挑战。在微重力下，熔融金属的行为与地球上截然不同：重力对流消失，金属液滴行为不可预测，液桥失去稳定性，熔池形成遵循完全不同的规律。此外还有工程限制：设备必须极其轻便，承受发射振动，适应星载电力系统，并确保在飞船密闭空间内的安全。

在轨道演示的同时，力学研究所团队继续推进“轨道制造可重构柔性平台”项目，该项目未来可能成为完整“太空工厂”的基础。

影响与意义

该成果的主要战略意义由载荷研发团队负责人、力学研究所蒋恒教授阐述：“掌握太空金属3D打印技术，能显著提升轨道服务和航天器扩展的自主性，减少对地面补给的依赖。”

经济逻辑不可抗拒。目前，将一公斤货物送入近地轨道的成本从2700美元（Falcon 9）到5500美元（联盟-2）不等。此外，空间站上储存的备件和工具中有相当一部分从未使用，但每一克都按太空运费支付。能够用紧凑的金属丝打印所需零件，而不是运输成品，可减少补给质量和物流链依赖。

对于正在积极建设国家轨道空间站“天宫”并规划载人登月任务的中国来说，该技术成为基础设施自主性的关键环节。与国际空间站不同，后者由多国货运飞船定期补给，中国项目高度依赖自身资源。在轨生产备件的能力是应对故障的保险：否则一次故障可能导致等待下一次货运飞行数月，而每天停机成本巨大。

在全球范围内，该技术改变了太空任务的架构逻辑。传统的“在地球设计、制造、发射”方法正让位于“发射原材料，现场生产”的模式。这对远程任务尤为重要——例如火星任务，从地球的发射窗口以月甚至年计，任何关键故障若无修复可能都意味着失败。

主要参与方的反应

中国官方媒体以全球领先为重点报道了此事。《科技日报》称该演示为“太空制造发展的重要里程碑”，CGTN强调该技术将实现“从‘自带所需’原则向‘按需生产’方法的转变”。

在《中国科学报》的详细评论中，蒋恒非常具体地指出了进一步发展的方向：“未来前往月球或火星时，距离巨大，运送成本高昂。即使一个普通螺丝坏了，等待地球备件也要数月。太空金属3D打印正是为了让宇航员能当场生产所需物品。”

有趣的是，西方航天机构和公司——NASA、ESA、SpaceX——均未公开发表评论。这可以理解：增材制造太空技术的竞赛刚刚开始，各方都倾向于低调行动。特别是NASA，此前曾在国际空间站上进行塑料3D打印实验，但太空金属打印对除中国外的所有参与者仍是未知领域。

值得注意的是，在太空实验的同时，地面增材制造基础设施也在发展。2026年4月底，GKN Aerospace与美国空军研究实验室（AFRL）共同启动了TITAN-AM项目，预算840万美元，旨在实现激光金属送丝打印在大型航空航天结构中的工业化。中国在轨道上测试的同一LMD-w技术，已在地球上用于生产空客A350飞机的钛合金零件。

预测与结论

天舟上的轨道演示标志着该技术从实验室实验阶段进入工程阶段。短期内（一到三年），可以预期在更长时间和更复杂条件下进行扩展测试，研究团队已表明这一点。中期（三到七年）——中国轨道空间站上出现首批可打印备件和工具的操作系统，供机组人员按需使用。长期（七年以上）——基于柔性平台的完整轨道“工厂”部署，能够生产因火箭整流罩尺寸限制而无法以组装状态从地球发射的大型结构。

在实现这些目标的道路上，仍需解决一系列根本问题。首先，微重力下熔融金属的控制研究仍不充分：传热过程、液桥行为和熔池演化需要详细的物理建模。其次，对关键应用而言，在太空打印的零件认证在地球上需要数年，而在太空根本没有既定程序。第三，激光打印系统的能耗要求要么大幅提高星载电力，要么开发更高效的激光器。

然而，根本性障碍已被克服。几年前还被视为理论可能性的技术，已在真实太空飞行条件下证明了其功能性。中国在一个未来几十年将决定太空任务能否真正自主——还是人类仍被漫长昂贵的物流链束缚在地球——的领域宣示了领导地位。天舟的故事是太空工业化这一尚未书写但已开启篇章的第一行。

— Editorial Team